JP2532639B2 - 高エネルギ効率の秤量計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明はロードセル式秤量計に関し、より詳しくはバ
ッテリを電源としたロードセル式秤量計に関する。この
種の秤量計は持ち運び自在であり、また、交流電源が容
易に得られないような不便な場所においても作動させる
ことができる。この種の秤量計に付随する最も重大な問
題は、バッテリが比較的急速に消耗してしまい再充電な
いし交換が必要となることである。

典型的な、350オームのロードセルを用いたロードセ
ル式秤量計では、例えば行政当局により公定の度量衡規
定に要求されているところの、商取引用の精度をもって
作動させるためには、少なくとも約25ミリアンペアの電
流が必要である。電流がこの大きさの場合、従来のバッ
テリ作動式の秤量計では、典型的な一例としては、僅か
に10時間程度使用しただけでバッテリの再充電ないし交
換が必要となっていた。ただし、太陽電池セルを補助的
に使用することによって、この作動寿命を延長するとい
うことが行なわれていた。また更に、より長いバッテリ
寿命を得るために、（抵抗器あるいは高インピーダンス
・ロードセルの）抵抗値をより高くすることによって電
流値を減少させるということもこれまでに行なわれてい
るが、この方法では秤量精度が犠牲にされている。

発明の要約 本発明は、ロードセル式秤量計が、通常の大きさのバ
ッテリ・パワーパックでも長時間作動が可能な充分に小
さい平均電流で、高精度の作動を行なえるようにするも
のである。このように高いエネルギ効率は、待機期間中
のロードセルへ、このロードセルの通常作動のためには
小さ過ぎるが、ただし秤量計の上に被測定物が存在して
いることを検出し得る程度には充分に大きい電流の供給
源から給電することによって達成している。被測定物の
存在が検出されたならばロードセルがロード検出信号を
発生し、この信号がマイクロプロセッサへ伝達される。
するとこのマイクロプロセッサはスイッチング動作を実
行し、それによって、通常作動電流がロードセルに流さ
れるよいになる。従ってこのロードセルは、結局、ロー
ドの存在を検出して自らの供給電流源を制御しているこ
とになる。

従って本発明の１つの局面は、ロードセルと、ロード
に応答する電流供給手段と、この電流供給手段に対して
切換制御を行なうように接続された制御手段と、ロード
セルから出力される出力信号によって表わされる重量を
表示するための表示手段とを含むロードセル秤量計を提
供することにある。電流供給手段は、ロードセルへ通常
作動電流を供給する第１状態と、ロードセルへ省エネル
ギ電流を供給する第２状態との間で切換え自在であり、
この省エネルギ電流は、通常作動電流よりは小さいが、
ロードセルが被測定物の存在を検出してロード検出信号
を発生することができる程度には充分大きい電流であ
る。

本発明の別の局面は、ロードセルに対し、その待機期
間中に、通常作動電流よりは小さいが秤量計上の物体の
存在を検出するには充分な大きさの省エネルギ電流を供
給する方法を提供することにある。

本発明の好適実施例に係る秤量計は、ロードセルの一
方の側に一対のトランジスタ・スイッチを備え、また該
ロードセルの他方の側に別の一対のトランジスタ・スイ
ッチを備えている。電流供給手段はそれらの２つの側に
分割されており、そのため、それらのトランジスタ・ス
イッチがロードセルへ３つの異なったゼロではないレベ
ルの電流を供給できるようになっている。第１の電流レ
ベルは、ロードセルが最大限の重量読取り精度で作動す
る通常作動レベルである。第２の電流レベルにおいては
ロードセルがより低い精度で作動し、このレベルは、重
量を測定する物体の存在を検出するためにだけ用いられ
るレベルである。第３の電流レベルにおいては、ロード
セルに対し、このロードセルを電気的に中立でしかも動
作準備の整った状態に維持するのにかろうじて充分なだ
けの電流が供給される。プログラムされたマイクロプロ
セッサが、トランジスタ・スイッチに、第３レベルから
第２レベルへの切換動作を周期的に行なわせるようにし
ている。ロードセルが第３レベルで電力を供給されてい
る期間中にこの秤量計上に重量が負荷された場合には、
その重量を秤量するのに若干の遅延が伴なうことにな
る。ロードセルへ第２電流レベルが供給されるようにな
ると同時に、その物体が検出され、そしてこの回路は、
第１レベルへの切換を行ない、重量表示信号を発生する
ようになる。

従って本発明の目的は、物体の秤量を高精度で行なう
一方、物体の秤量が行なわれていない期間中には電力を
節約するロードセル式秤量計を提供することにある。

本発明の更なる目的は、行政当局により定められた商
取引関係の用途に関する規定を満足しながら、しかも長
期間のバッテリ寿命を持つ、バッテリ作動式のロードセ
ル式秤量計を提供することにある。

本発明のその他の目的並びに利点は、以下の説明、添
付図面、並びに添付の請求の範囲から明かとなる。

図面の簡単な説明 第１図は、高エネルギ効率のロードセル式秤量計のた
めの切換制御装置の回路図である。

第２図は、ロードセルへ供給される電力レベルのタイ
ミングを示すタイミング・ダイアグラムである。

第3A図及び第3B図は、第１図の装置により実行される
ロジックのシーケンスを示すフローチャートである。

好適実施例の説明 第１図に示す如く、本発明に従って構成された秤量計
は、ブリッジ構造を成すように互いに接続された複数の
ストレイン・ゲージから成ることを特徴とするロードセ
ル10を含むものとすることができる。このロードセル10
は、好ましくは市場において350オーム・ロードセルと
呼称されているデバイスであれば良いが、ただしこれと
異なった抵抗値のものでも不都合はない。このロードセ
ルは、制御ライン47、49を流れる電流によって電力の供
給を受け、そしてこのロードセル10によって支持された
秤量皿の上に置かれた物体の重量を表わす出力信号をラ
イン51、53上に発生するものである。ライン51、53上の
それらの出力信号は、計測用増幅器44へ送られて比較さ
れる。この計測用増幅器44からの出力信号は、物体の重
量をアナログ形式で表わしている。この信号はライン54
を介してA/Dコンバータ12へ送られる。A/Dコンバータ12
は、この重量信号をデジタル形式に変換した上で、デー
タ・ライン13を介してマイクロプロセッサ14へ供給す
る。マイクロプロセッサ14はこの重量信号を、それをラ
イン15を介してディスプレイ16へ供給するためにフォー
マット化する。ディスプレイ16は、視覚表示装置やラベ
ル・プリンタでも良く、またその他の、物体の重量の表
示を提供するのに適したものであれば、どのようなデバ
イスであっても良い。

A/Dコンバータ12は、供給電圧の変動が重量の変動と
して解釈されることのないように、レシオメトリック・
モード（比率計方式）で動作するものとしてある。

そのために、抵抗器46,48,50,52が、A/Dコンバータ12の
ための基準電圧をライン56と58との間に発生する、電圧
分割器として機能するようになっている。この抵抗器回
路網46、48、50、52は、ライン47と49との間に発生して
いるロードセル供給電圧によって駆動される。

ロードセル10用の駆動電流は、４つFETスイッチ18、2
0、22、24によって制御されるようになっている、スイ
ッチ18と20とはＰチャネル型のデバイスであり、一方ス
イッチ22と24とはＮチャネル型のデバイスである。FET
スイッチ18と24とは、マイクロプロセッサ14から出力ラ
イン60へ送出され増幅器40によって反転される信号の制
御の下に、パラレルに動作するように接続されている。
FET18を切換制御するための切換制御信号は電圧フォロ
ワ33によって増幅され、一方、FET24を切換制御するた
めの切換制御信号は増幅器38によって増幅されるように
なっている。FETスイッチ20と22とは、マイクロプロセ
ッサ14からライン62へ送出され増幅器42によって反転さ
れる信号による切換制御の下に、パラレルに動作するよ
うになっている。FET20は電圧フォロワ34によって作動
され、一方、FET22は増幅器36によって作動されるよう
になっている。

FETスイッチ18、20、22、24は、３つの異なった電流
レベルのうちのいずれかの電流を、選択的にロードセル
10に流すようにしている。スイッチ20と22とが閉路され
ているときには、ロードセル10は、８個のアルカリ乾電
池から成る電源の正端子と負端子との間に、直接接続さ
れた状態にある。ロードセル10は、電流がこのレベルに
あるときにはその最大限の機能を発揮して作動し得る状
態にあり、３万分の１の精度の重量信号を送出する。こ
れは30ポンド秤量計における±0.01ポンドの精度に等し
い。このときの、このシステムの作動状態を、以下にモ
ードＩと称することにする。このモードにあるときに
は、この秤量計の構成要素の全てが最大限に付勢されて
おり、そのため電源からは約38ミリアンペアの電流が流
れ出ている。

秤量計上にいかなるロードも負荷されていない期間中
は、このシステムはモードIIに切換わっており、このモ
ードIIは、ロードセル10に対してその最大電力の約40％
の電力が供給されるようにした、定電力モードである。
このモードにあるときには、ディスプレイ16やその他の
周辺装置（不図示）は消勢されている。モードIIになっ
ている間の電流値は約20ミリアンペアである。このモー
ドになっているときには、FETスイッチ20と22とはオフ
に切換えられており、一方FETスイッチ18と24とはオン
に切換えられている。このモードにおいて、モードセル
10は、抵抗器26及び30を介して電源に接続されており、
最大限の読取り精度が得られるほど充分な電流は受取っ
ていない。しかしながら、このときの電流の供給量は、
約0.01ポンド以内の精度の重量表示を出力し得るために
は充分な供給量となっている。この重量表示が、ロード
検出信号としての機能を果たすようになっている。モー
ドIIで作動している間に斯かるロード検出信号が検出さ
れたならば、マイクロプロセッサがこのシステムを、モ
ードＩで作動するように切換える。この切換操作は、FE
Tスイッチ20と22とを閉路し、FETスイッチ18と24とを開
路することによって行なわれる。

このシステムは更に、FETスイッチ18、20、22、24の
全ての開路される、モードIIIと称する低電力モードを
持っている。このモードになっている間は、ロードセル
10は抵抗器26,28,30,32を介して電源に接続されてお
り、そのためにシステムには全体として約７ミリアンペ
アの電流が流れるだけとなっている。ロードセル10を流
れる電流は、ロード検出信号を発生するにさえ不充分な
ものとなっているが、ただしロードセルを電気的な中立
状態に維持している。マイクロプロセッサ14は、FETス
イッチ18及び24を周期的にオンとオフとに切換えるよう
に動作し、それによって第２図のグラフのような電力使
用状態が周期的に発生される。システムがモードIIIに
あるときには、ロード検出信号を発生することができ
ず、従って物体の重量測定を行なえないことを理解され
たい。システムがモードIIIにあるときには、秤量皿の
上に物体が置かれても、システムはそれに対して即座に
は反応して作動しない。しかしながら、このシステムが
次の周期的なモードIIへの切換を行なうと同時にその物
体は検出され、そしてモードＩへと自動的に切換わるこ
とになる。

省エネルギの観点からは、モードIIIに設定されてい
る期間ができるだけ長いこと望ましい。しかしながら、
そのようにした場合には重量測定の動作が緩慢になる。
それゆえ第２図に示すように、本発明ないし好適実施例
は、モードIIIの期間を２秒間に固定することにより、
妥協点を見い出している。このようにすれば、このシス
テムは（付勢状態にあるときには）ロードに対して常に
２秒以内に反応することになる。

次に第２図について説明すると、同図から分るように
システムは付勢されたならばすぐに最大電力状態（モー
ドＩ）へ入り、そしてこの状態を１分間の間継続する。
１分間のウォーミングアップの後に、システムのゼロ点
合せが行なわれ、続いて中電力状態（モードII）へ移行
する。中電力状態は５秒間の間持続され、その後にシス
テムは定電力状態（モードIII）と中電力状態との間で
周期的に切換わる動作を開始する。各々の２秒間の低電
力状態の期間の後にシステムは１秒間の中電力状態へと
切換わり、そしてその後、再び低電力状態へと移行す
る。低電力状態と中電力状態との間の周期的な切換わり
動作は５分間の間続けられ、その後にシステムは、高電
力状態で秤量計のゼロ点をチェックするために、５秒間
の最大電力状態へと切換わる。この後は、以上の５分間
の周期的動作が反復して実行される。また、システムが
最大電力状態へ切換わるたびに、秤量計のゼロ点合わせ
が再度実行される。既に述べたように、中電力状態から
低電力状態へ復帰する周期的な切換わり動作は、秤量皿
の上に物体の存在が検出されたならば中断される。以上
の動作方式に拠れば、８個のＤセル・アルカリ電池から
成るバッテリ・パックにより、約1000時間の作動寿命が
得られる。

第３図はマイクロプロセッサ14にプログラムされてい
るロジックを図示している。同図に示されているよう
に、マイクロプロセッサは先ず最初にモードＩを設定
し、続いて１分間のウオーミングアップを行なう。次に
モードIIへ入り、それを５秒間続けた後にシステムは、
５分間でタイムアウトするカウンタと２秒間でタイムア
ウトするカウンタとを夫々セットする。次に、システム
はモードIIIへ入り、そして、モードIIIを２秒間続けた
後にモードIIを１秒間続ける連続動作を行なわせるロジ
ックのプロセスを開始する。システムはモードIIにある
間は、重量（Wt.）の読取り値が0.007ポンドを超えてい
るか否かを調べるためのチェックを行なう。もし読取り
値がそれを超えていたならば、モードＩへ移行する。読
取り値がそれを超えていなければ、システムはモードII
に留まり、そして１秒間の間、重量テスト動作を続行す
る。この重量チェック動作が終了する度ごとに、５分間
タイマのチェックを行なわれる。５分間の期間が経過し
ていたならば、このタイマはリセットされ、システムは
モードＩに入る。

システムは、モードＩに入ったならば即座に５秒間タ
イマをセットし、そして秤量皿の上に重量が加わってい
ないかどうか（重量の絶対値が0.002ポンド未満である
か否か）を判定するためのチェックを開始する。ロード
セルが0.002ポンド以上の重量を検出したならば、秤量
ルーチンへ入る。この秤量ルーチンはこの技術分野にお
いては周知のものであり、それゆえ、ここでは詳細に説
明する必要はない。秤量計の上に重量な加わっていなか
ったならば、システムは最大５秒間の間チェック動作を
続け、次いで秤量計のゼロ点合わせを行ない、１秒間タ
イマをセットし、モードIIを設定した後に、分岐路をた
どってモードIIIのチェックポイントへ戻る。

FETスイッチ20と22とが閉路されているときにFETスイ
ッチ18と24とを開路しておく必要はないことが理解され
よう。更には、中電力モードと高電力モードとだけで作
動させるようにすれば、エネルギ効率が低下はするもの
の、それでもかなりの高エネルギ効率を得ることが可能
である。

以上に、それらを実行するための装置という形で説明
した諸々の方法は、本発明の好適実施例を構成するもの
であるが、装置の形としたそれらの具体的な方法に本発
明が限定されるものではないということを、また更に、
諸々の変更を本発明の範囲から逸脱することなく加え得
るということを理解されたい。本発明の範囲は添付の請
求の範囲に明らかにしてある。

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】自らが支持する物体の重量を検出し、その
   重量に応じた重量表示信号を発生するためのロードセル
   と、 前記ロードセルへ電流を供給するための電流供給手段で
   あって、前記ロードセルへ通常の作動電流を供給する第
   １状態と、前記ロードセルへ、前記作動電流より小さな
   電流であるが前記ロードセルが前記物体の存在を検出し
   てロード検出信号を発生することを可能とするのに充分
   な大きさの電流である省エネルギ電流を供給する第２状
   態との間で、切換自在な電流供給手段と、 前記電流供給手段に接続された、前記第１状態と前記第
   ２状態との間の該電流供給手段の切換動作を制御する制
   御手段であって、前記物体の不在の際には前記電流供給
   手段を前記第２状態へ切換えるように作動し、また前記
   ロード検出信号に応答して前記電流供給手段を前記第１
   状態へと切換える制御手段と、 前記重量表示信号により表わされる重量の表示を生成す
   るための表示手段と、を含んでいるロードセル式秤量
   計。
2. 【請求項２】自らが支持する物体の重量を検出し、その
   重量に応じた重量表示信号を発生するためのロードセル
   と、 前記ロードセルへ、該ロードセルがその最大通常分解能
   で作動できる大きさの電流を供給するための第１電流供
   給手段と、 前記ロードセルへ、電気エネルギを節約できる程充分小
   さく、しかも前記ロードセルが前記物体の存在を検出し
   てロード検出信号を発生できる程充分に大きな電流を供
   給するための第２電流供給手段と、 前記第１電流供給手段と前記第２電流供給手段とを選択
   的に前記ロードセルに接続するための切換手段と、 前記物体の不在の際には、前記切換手段に、前記第１電
   流供給手段を前記ロードセルから切断して前記第２電流
   供給手段を該ロードセルへ接続させる制御手段であっ
   て、前記ロード検出信号に応答して、前記切換手段に、
   前記第１電流供給手段を前記ロードセルへ再接続させる
   制御手段と、 前記重量表示信号により表わされる重量の表示を生成す
   るための表示手段と、を含んでいるロードセル式秤量
   計。
3. 【請求項３】前記制御手段が、前記第１電流供給手段と
   前記第２電流供給手段とを前記ロードセルへ交互に接続
   させること、を特徴とする請求項２記載のロードセル式
   秤量計。
4. 【請求項４】前記制御手段が、前記物体の不在の際に、
   前記第２電流供給手段を前記ロードセルに対して周期的
   に切断及び再接続させるように動作すること、を特徴と
   する請求項２記載のロードセル式秤量計。
5. 【請求項５】前記ロードセルへ、前記第２電流供給手段
   により供給される電流より小さいが前記ロードセルを電
   気的な中立状態に維持できる程充分に大きい電流を供給
   するための第３電流供給手段を更に含んでおり、前記制
   御手段が、前記ロードセルに荷重が加わっていないとき
   には、前記ロードセルを前記第２電流供給手段と前記第
   ３電流供給手段との間で周期的に切換えさせるように動
   作すること、を特徴とする請求項４記載のロードセル式
   秤量計。
6. 【請求項６】前記第１電流供給手段と、前記第２電流供
   給手段とが前記ロードセルの両側に分割されており、前
   記切換手段が、前記ロードセルの各々の側に一対のトラ
   ンジスタ・スイッチを含んでいること、を特徴とする請
   求項２記載のロードセル式秤量計。
7. 【請求項７】ロードセル式秤量計を動作させる方法であ
   って、 ロードセルへ、通常の秤量動作のためには不充分である
   が前記秤量計上の物体の存在を検出するには充分な量で
   ある省エネルギ量の電流を供給するステップと、 前記秤量計上の前記物体の存在を検出するステップと、 前記物体の存在の検出に応答して前記ロードセルへ通常
   作動電流を供給し、該ロードセルから重量表示信号を発
   生させるステップと、 前記重量表示信号を用いて、該重量表示信号によって表
   わされる重量の表示を生成するステップと、 を含んでいること、を特徴とする方法。
8. 【請求項８】前記省エネルギ電流を、前記ロードセルを
   電気的に中立に維持するには充分であるが前記秤量計上
   の包装物の存在を検出するには不充分な更に低いレベル
   へ周期的且つ循環的に低減させるステップを含んでいる
   こと、を特徴とする請求項７記載の方法。
9. 【請求項９】前記ロードセルへ前記通常作動電流を周期
   的且つ循環的に供給し、該電流供給を行なっている間に
   前記秤量計のゼロ点合わせを行なうステップを含んでい
   ること、を特徴とする請求項８記載の方法。